摘要：一项自然研究的新研究描述了高温下超荧光所需的机制和材料条件。...

一项新研究自然描述在室温下超荧光所需的机制和材料条件。这项工作可以用作设计在高温下允许外来量子状态的材料（例如超导性，超流量或超荧光）的材料，为不需要极低温度运行的量子计算机（例如量子计算机）铺平了道路。

从事这项工作的国际团队由北卡罗来纳州立大学领导，包括杜克大学，波士顿大学和巴黎理工学院的研究人员。

NC State物理学教授，研究的相应作者Kenan Gundogdu说：“在这项工作中，我们在高温下表现出了宏观量子相干性背后的实验和理论原因。” “换句话说，我们最终可以解释在需要环境温度下需要异国量子状态的应用中，某些材料的工作方式和为什么会更好。”

想象一所鱼类学校一致游泳或同步的萤火虫闪烁 - 自然界中集体行为的例子。当类似的集体行为发生在量子世界中（一种称为宏观量子相变的现象），它会导致异国情调的过程，例如超导性，超流量或超荧光。在所有这些过程中，一组量子颗粒形成了一个宏观相干的系统，其作用像巨型量子粒子。

但是，量子相变通常需要超冷或低温状况。这是因为较高的温度会产生热“噪声”，从而破坏同步并防止相变。

在先前的研究中，Gundogdu及其同事确定某些杂交钙钛矿的原子结构保护了量子颗粒群免受热噪声的影响，足以使相变发生。在这些材料中，形成的大极大（与电子结合的原子组组成），从热干扰中发出偶极子并允许超荧光。

在新研究中，研究人员发现了绝缘效应的工作原理。当他们使用激光激发他们研究的混合钙钛矿中的电子时，他们看到大量的极性子聚集在一起。该分组称为孤子。

Gundogdu说：“将原子晶格描绘成两分之间的细布。” “如果将坚固的球（代表激子代表激子）放在布上，每个球会在当地变形。要获得像超荧光这样的异国情调状态，您需要所有的激子或滚珠来形成一个连贯的群体并与晶格作为一个单位相互作用，但是在高温下，热噪声会导致这样做。

Gundogdu继续说：“球及其局部变形在一起形成了二极星。” “当这些极性子从随机分布转变为晶格中有序的形成时，它们会形成一个孤子或相干的单位。孤子形成过程会抑制热干扰，否则会影响量子效应。”

北卡罗来纳州穆斯塔法·塔（MustafaTüre）博士说：“只有在材料中有足够密度的极性激发的极化密度时，才形成孤子。”该论文的学生兼联合第一作者。 “我们的理论表明，如果极性的密度较低，则系统只有自由连贯的极性子，而超过阈值密度，极性将发展为孤子。”

“在我们的实验中，我们直接测量了一组极性子从不相关的相关阶段到有序阶段的演变。” “这是宏观量子状态形成的第一个直接观察之一。”

为了确认孤子形成抑制了温度的有害影响，该小组与杜克大学机械工程和材料科学的鲁尼家族副教授Volker Blum合作，以计算负责热干扰的晶格振荡。他们还与CNRS和Ecole Polytechnique的物理学教授Vasily Temnov合作，以模拟在存在热噪声的情况下Soliton的重组动力学。他们的实了实验结果，并验证了孤子的内在连贯性。

这项工作代表了了解某些混合钙壶能够表现出异国量子状态的方式和为什么如何以及为什么的飞跃。

“在这项工作之前，尚不清楚这些材料中是否存在高温量子效应背后的机制，”该论文的合着者弗兰基·索（Franky So），北卡罗来纳州州立大学沃尔特（Walter）和沃尔特（Walter）和艾达·弗里曼（Ida Freeman）杰出的材料科学与工程学教授。

Gundogdu说：“这项工作显示了一种定量理论，并以实验结果为支持。”宏观量子效应（例如超导性）对于我们追求的所有量子技术（量子通信，密码学，感应和计算）至关重要 - 目前所有这些都受到低温的需求的限制。但是，现在我们了解了理论，我们已经了解了在高温下设计新的量子材料的指南，这是一个高度的前进。”

这项工作得到了科学办公室能源部的支持（授予DE-SC0024396）。研究人员Xixi Qin和杜克大学的Uthpala Herath；来自波士顿大学的安娜·斯旺（Anna Swan）；巴黎理工学院的Antonia Ghita也为这项工作做出了贡献。